«Скрытые галактики» могут оказаться неопровержимым доказательством в загадке Вселенной

Окончательная карта изображений SPIRE Dark Field, созданная путем объединения каналов камеры SPIRE Blue (250 микрометров), Green (350 микрометров) и Red (500 микрометров), каждый канал накладывает в общей сложности 141 отдельное изображение друг на друга. Пятна на изображении — это отдельные галактики или группы галактик. Однако изображение настолько переполнено, что на нем почти нет пустого пространства, а самые слабые галактики сливаются с фоновым светом на карте. Автор: Chris Pearson et al.

Астрономы заглянули назад во времени, чтобы найти то, что выглядит как популяция «скрытых» галактик, которые могли бы содержать ключ к разгадке некоторых секретов вселенной. Если их существование подтвердится, это «фактически сломает текущие модели числа галактик и эволюции». Возможные галактики также могут предоставить недостающую часть головоломки для генерации энергии во вселенной в инфракрасном свете.

Это связано с тем, что их совокупного света было бы достаточно, чтобы пополнить энергетический бюджет Вселенной до наблюдаемого нами максимума, фактически компенсируя все оставшиеся выбросы энергии на этих длинных волнах.

Возможные доказательства существования галактик были обнаружены на самом глубоком из когда-либо полученных изображений Вселенной в дальнем инфракрасном диапазоне волн, на котором запечатлены почти 2000 далеких галактик. Это изображение было создано группой исследователей под руководством STFC RAL Space и Имперского колледжа Лондона.

Доктор Крис Пирсон из STFC RAL Space является ведущим автором одной из двух статей, опубликованных в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Он сказал: «Эта работа вывела науку с Гершелем на абсолютный предел, проникнув гораздо глубже того, что мы обычно можем различить, и потенциально обнаружив совершенно новую популяцию галактик, которые вносят вклад в самый слабый свет, который мы можем наблюдать во Вселенной».

Команда исследователей создала свое глубокое видение Вселенной, наложив друг на друга 141 изображение, используя данные, полученные с инструмента SPIRE на космической обсерватории «Гершель» — миссии Европейского космического агентства, которая проводилась с 2009 по 2013 год.

Полученное в результате темное поле Herschel-SPIRE является самым глубоким изображением неба в дальнем инфракрасном диапазоне — в пять раз глубже, чем предыдущее самое глубокое наблюдение Herschel и как минимум вдвое глубже, чем любая другая область неба, наблюдаемая телескопом.

Наложение изображений друг на друга позволило астрономам увидеть самые пыльные галактики, где в космосе образуется больше всего новых звезд.

Это также позволило им отслеживать, как число галактик меняется в зависимости от яркости, и измерять вклад каждой из них в общий энергетический бюджет Вселенной.

Однако изображение было настолько глубоким и на нем было обнаружено так много галактик, что отдельные объекты начали сливаться и становиться неотличимыми друг от друга.

По словам Томаса Варниша, аспиранта Массачусетского технологического института (MIT) и ведущего автора второй статьи, это усложнило извлечение информации.

«Мы использовали статистические методы, чтобы обойти эту перегруженность, анализируя самые размытые части изображения, чтобы исследовать и смоделировать базовое распределение галактик, которые по отдельности не различимы на исходном изображении», — сказал г-н Варниш, который провел большую часть своих исследований во время летней стажировки в Имперском колледже Лондона и RAL Space.

«То, что мы обнаружили, было возможным доказательством существования совершенно новой, неоткрытой популяции слабых галактик, скрытых в размытии изображения, слишком слабых, чтобы их можно было обнаружить обычными методами в ходе первоначального анализа.

«Если эта новая популяция подтвердится, она фактически разрушит все наши текущие модели численности и эволюции галактик».

Теперь исследователи надеются подтвердить существование потенциально новой группы галактик с помощью телескопов на других длинах волн.

Их цель — расшифровать природу этих слабых, пылевых объектов и их значение в грандиозной схеме эволюции нашей Вселенной.

Доктор Пирсон сказал: «Когда мы смотрим на звездный свет через обычные телескопы, мы можем прочитать только половину истории нашей Вселенной; другая половина скрыта, затенена промежуточной пылью.

«На самом деле, примерно половина энергии, вырабатываемой Вселенной, исходит от звездного света, который поглощается пылью и переизлучается в виде более холодного инфракрасного излучения. Чтобы полностью понять эволюцию нашей Вселенной, нам необходимо наблюдать за небом как в оптическом, так и в более длинноволновом инфракрасном свете».

Перед космической обсерваторией Гершеля была поставлена задача наблюдения Вселенной в инфракрасном диапазоне с помощью ее инструмента SPIRE, охватывающего самые длинные волны.

Как и любой научный прибор в космосе, прибор SPIRE также требовал регулярных наблюдений для калибровки и регулярно смотрел на один участок «темного неба» примерно раз в месяц в течение всей своей четырехлетней миссии.

«Гершель» удерживал рекорд самого большого инфракрасного космического телескопа, пока в 2021 году его не затмил космический телескоп Джеймса Уэбба.

Астрофизик из Имперского колледжа Лондона доктор Дэвид Клементс, который также принимал участие в исследовании, добавил: «Эти результаты показывают, насколько ценен архив Гершеля».

«Мы продолжаем получать замечательные новые результаты спустя более 10 лет после прекращения работы спутника.

«Однако мы не можем получить больше данных на этих длинах волн, чтобы проследить эти захватывающие новые результаты. Для этого нам нужна миссия следующего поколения в дальнем ИК-диапазоне, PRIMA, которая в настоящее время предлагается NASA».

Проект Probe Far Infrared Mission for Astrophysics (PRIMA) поддерживается британским консорциумом, в который входят RAL Space, Университет Сассекса, Имперский колледж Лондона и Кардиффский университет.

Проект предполагает использование 1,8-метрового телескопа, оптимизированного для получения изображений в дальнем инфракрасном диапазоне и спектроскопии, что позволит преодолеть разрыв между существующими обсерваториями, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба, и радиотелескопами.

PRIMA — одно из двух предложений, вошедших в шорт-лист для следующей миссии NASA стоимостью 1 млрд долларов (£772 млн). Американское космическое агентство подтвердит свой окончательный выбор миссии в 2026 году.

Больше информации: Chris Pearson et al, The Herschel-SPIRE Dark Field I: The deepest Herschel image of the submillimetre Universe, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf335
Thomas Varnish et al, The Herschel-SPIRE Dark Field II: AP(D) Fluctuation Analysis of the Deepest Herschel Image of the Submillimetre Universe, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf318

Источник: Royal Astronomical Society